JP6989667B2 - 構造物で使われる力学部材 - Google Patents

Description

本発明は、一般には、構造物で使われる例えば締結ボルトのような力学部材に関し、特に、センシング機能をもつ力学部材及びその電子部品に関する。

各種の機械、建造物、道路、トンネル、橋梁、岸壁、岩盤、地盤及び岩壁などの人工的又は自然的な構造物では、締結ボルト、鉄骨、鉄筋、コンクリート成形物、吊ワイヤなどの、さまざまな力学的部材が、その構造物の構築や補強や利用などの目的で使われる。その構造物の形状、構造、強度、機能又は用途の維持のために、構造物内のそれぞれの力学的部材が、適正な大きさの応力を発生して、適正な大きさの外力を受け止めている必要がある。力学的部材に加わる外力が適正であるか否かは、その力学的部材又は構造物の他の部分の不具合や異常に起因する可能性がある。

そのシャンクの軸力を自動的にセンスする電子装置を備えた締結ボルトが知られている。特許文献１に開示された締結ボルトは、そのシャンクに加わる軸力による歪み（伸び）を、抵抗歪みゲージを用いた電子装置を用いてセンスできるようになっている。電子装置はセンシング信号を外部へ出力する。その信号値にもとづいて、その締結ボルトが適正に締っているか、不適正に緩んでいるかが判断できる。

特許文献２に開示されたねじボルトも、そのシャンクの歪みを、そのボルトの頭部に搭載された電子装置でセンスし、センシング信号を外部へ出力することができる。電子装置の内、外部装置と接続するための部分は、そのボルトの頭部に対して搭載及び取り外しが可能である。

特開２００５−１１４４４１号公報 実用新案登録第３１９７４３５号公報

上記のようなセンシング用の電子装置をもつ締結ボルト（ここでは、センシング締結ボルトという）は、その輸送や締め付けの作業の時、デリケートな電子装置が損傷してしまわないよう、通常の締結ボルトよりも注意深く取り扱われる必要がある。これは、ボルト締め付け作業の能率低下を引き起こすおそれがある。

特に、複数のセンシング締結ボルトを構造物の異なる複数箇所に取り付ける場合、締め付け作業の能率低下は無視できない問題になるであろう。

また、複数のセンシング締結ボルトを構造物の異なる複数箇所に取り付ける場合、各センシング締結ボルトが他のセンシング締結ボルトから識別され得ることが望まれる。さらに好ましくは、それぞれのセンシング締結ボルトの構造物における配置位置が容易に特定できるようになっていることが望まれる。そうなっていれば、それらのセンシング締結ボルトからのセンシング信号とそれらのボルトの識別情報又は位置情報にもとづいて、構造物のそれら複数箇所をカバーする領域全体にわたる力学的状態を推定できる可能性がある。これは、その構造物の老朽化や災害被害などによる損傷又は不健康を推定して、適切なメンテナンスを計画するのに役立つと期待される。

このような識別や測位の機能をセンシング締結ボルトにもたせた場合、センシング締結ボルトを構造物に取り付ける作業がいっそう面倒になり、作業能率が落ちるおそれがある。

これらの問題及び要望は、締結ボルトだけに限らず、センシングのための電子装置をもつ他の力学部材にもあてはまるであろう。

本発明の目的は、センシング機能をもつ力学部材を構造物に取り付ける又は組み込む作業の能率低下を小さくすることにある。

本発明の一側面に従えば、次のような構造物のための力学部材が提供される。

その力学部材は、その力学部材の力学的状態をセンスして外部へ送信するための電子装置を備える。その電子装置は、第１装置と第２装置を有する。その第１装置は、初期的に前記力学部材に搭載される。他方、その第２装置は、初期的には力学部材に未搭載であり、後の任意の時に前記力学部材に搭載されて第１装置に電気的に接続されることができるようになっている。さらに、第２装置が、識別コードを有し、その識別コードを、外部へ送信することができるようになっている。

その力学部材は、第２装置が力学部材に未搭載である時に第１装置への異物侵入を防ぐ遮蔽部材を更に備えていてよい。

その力学部材は、第２装置が力学部材に搭載されたている時に第２装置を外部からの衝撃又は異物の侵入から防護する防護部材を更に備えていてよい。

第２装置は、第１装置に接続された時も未接続である時も、識別コードを外部へ送信することができるようになっていてよい。

第２装置が測位装置をさらに有して、位置データを外部へ送信できるようになっていてよい。

測位装置は、第２装置に内蔵されていてよい。あるいは、測位装置は、第２装置の外部に設けられていて、第２装置と電気的に接続されるようになっていてもよい。
本発明の別の側面に従えば、次のような構造物のための力学部材が提供される。

その力学部材は、その力学部材の力学的状態をセンスして外部へ送信するための電子装置を備える。その電子装置が、第１装置と第２装置を有する。その第１装置は、初期的に前記力学部材に搭載される。他方、その第２装置は、力学部材の外部に設けられている。そして、その第２装置は、初期的に前記第１装置に電気的に未接続であり、後の任意の時に前記第１装置に接続されることができるようになっている。

第２装置は、識別コードを有して、識別コードを外部へ送信することができるようになっていてよい。

第２装置は、第１装置に接続された時も未接続である時も、前記識別コードを外部へ送信することができるようになっていてよい。

第２装置が測位装置をさらに有し、位置データを外部へ送信できるようになっていてよい。

測位装置は、第２装置に内蔵されていてよい。あるいは、測位装置は、第２装置の外部に設けられていて、第２装置と電気的に接続されるようになっていてもよい。

本発明のまた別の側面に従えば、力学部材の力学的状態をセンスするための電子装置のための、次のような電子部品が提供される。その電子部品は、初期的にその力学部材に未搭載であり、後の任意の時にその力学部材に搭載され得るようになっている。その電子部品がその力学部材に搭載されると、その電子部品は、力学部材に初期的に搭載されていた上記電子装置の別の部品と電気的に接続され、これにより、上記電子装置を完成される。その電子部品は、識別コードを有し、その識別コードを、外部へ送信することができるようになっている。

その電子部品は、上記別の部品に接続された時も未接続である時も、識別コードを外部へ送信することができるようになっていてよい。

その電子部品は測位装置をさらに有して、位置データを外部へ送信できるようになっていてよい。

本発明によれば、センシング機能をもつ力学部材を構造物に取り付ける又は組み込みむ作業の能率低下を小さくすることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る締結ボルトの構造と使用例を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る締結ボルトのセンシング結果を受信し表示するモニタ装置の一例を示す正面図である。 第１の実施の形態に係る締結ボルトのヘッドと電子装置を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る締結ボルトの電子装置が２つの部分に分離されている状態例を示す断面図である。 前記電子装置の回路構成例を示すブロック図である。 前記電子装置の変形回路構成例を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係る締結ボルトにおける、前記電子装置の一部が未搭載なヘッドの変形構成例を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る締結ボルトにおける、前記電子装置の一部が未搭載なヘッドの別の変形構成例を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る締結ボルトの構造と使用例を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る締結ボルトの構造と使用例を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る締結ボルトの構造と使用例を示す断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係る締結ボルトの構造と使用例を示す断面図である。 本発明の第６の実施の形態に係る締結ボルトのヘッドと電子装置を示す断面図である。

本発明は、構造物に使われる様々な力学部材、例えば、締結ボルト、鉄骨、鉄筋、コンクリート成形物、ワイヤーなどとして実施できる。以下では、説明のための例示として、締結ボルトに適用された本発明の幾つかの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る締結ボルトの構造と使用例を示す。

図１に示すように、締結ボルト（以下、“ボルト”という）１は、例えば鋼製であり、円柱状のシャンク２と、シャンク２の一端に設けられた６角柱状のヘッド３と、ヘッド３のシャンク２側の外縁に設けられたフランジ４を備える。シャンク２の他端側には、雄ねじ部４が形成されている。図１は、ボルト１とナット８の組み合わせが、ある構造物９の複数の部材９１と９２を締結している状態を示すが、これは説明のための例示にすぎない。

ヘッド３の上面には、凹部６が形成されている。凹部６の内側に電子装置７が搭載されている。電子装置７は、ボルト１内に生じた応力による凹部６の内表面の歪を電子的にセンスする機能をもつ。電子装置７は、また、電子装置７の固有の識別コードを記憶している。電子装置７は、さらに、電子装置７の位置を測定する測位装置を有してもよい。測位装置として、例えば、GPS （Global Positioning System）受信機やQZSS（Quasi-Zenith Satellite System）受信機のような衛星測位システムの受信機、地上の複数の無線基地局を利用したローカルな測位システムの受信機、それらの組み合わせ、あるいは、その他の種類の測位システムが採用できる。

電子装置７の駆動電力は、図２に示されたモニタ装置１００から、例えば電磁誘導を利用したワイヤレスの方法で、電子装置７に供給される。電子装置７は、給電を受けると自動的に、ヘッド３の凹部６の内表面の歪みの大きさ（そこから、シャンク２の軸力の大きさが分かる）を電子的にセンスして、その歪みの大きさに応じた軸力値をもつ軸力データを、例えばワイヤレス通信により、図２に示されたモニタ装置１００に送信する。給電を受けたとき、電子装置７は、さらに、電子装置７内に記憶されている識別コードも、モニタ装置１００に送信する。電子装置７が測位システムを有する場合には、電子装置７は、給電を受けると、測位システムで電子装置７の位置を測定し、その位置を示す位置データを、モニタ装置１００に送信するようになっていてよい。

図２は、上述したモニタ装置１００を示す。

図２に示すように、モニタ装置１００は、人が携帯できるように設計されており、通信装置１１０と、通信装置１１０と接続されたコンピュータ１２０を有する。通信装置１１０は、例えばラケットのような形状を有し、人が片手でつかめるハンドル１３０と、ハンドル１３０の一端に取り付けられたアンテナユニット１４０を有する。アンテナユニット１４０は、電子装置７に対してワイヤレス給電を行うための送電コイル１５０と、電子装置７とワイヤレスの近接通信を行うための通信アンテナ１６０を有する。ハンドル１３０内には、電子装置７へのワイヤレス給電を行うための電池、送電コイル１５０の駆動回路、及び通信アンテナ１６０の駆動回路が収容されている（図示省略）。

通信装置１１０を電子装置７の近くにかざして通信装置１１０を駆動することで、通信装置１１０と電子装置７との間でワイヤレスの給電と通信の結合が形成される。すると、通信装置１１０から電子装置７へ電力が供給されて、電子装置７が動作する。それにい、通信装置１１０と電子装置７の間で通信が行われて、電子装置７からの軸力データ、識別コード及び／又は位置データが通信装置１１０に送られる。

コンピュータ１２０は、ディスプレイスクリーン１７０と、マイクロプロセッサ（図示せず）を有する。コンピュータ１２０は、アンテナユニット１３０で受信された軸力データ、識別コード及び／又は位置データを入力し、軸力データに基づいてボルト１の力学的状態（例えば、シャンク２の軸力の大きさ、及び／又は、ボルト１の締まり／緩み程度（軸力が適正か過小か過大かの判断））を計算する。また、コンピュータ１２０は、入力された位置データを処理することで、対応する位置座標を算出するようになっていてよい。

そして、コンピュータ１２０は、算出されたボルト１の力学的状態を、ボルト１（電子装置７）の識別コード及び／又は位置座標と関連づけて、ディスプレイスクリーン１７０に表示し、及び／又は記憶することができる。

コンピュータ１２０は、例えば、市販の携帯電話機、タブレット型情報処理端末、あるいはパーソナルコンピュータなどに、上述した処理を行うアプリケーションプログラムをインストールすることで実現することができる。

再び図１を参照して、ボルト１の電子装置７は、ヘッド３の凹部６内に完全に収容されておらず、その一部がヘッド３から突出している。この突出した部分の中には、モニタ装置１００から電力を受ける受電コイルや、モニタ装置１００と通信する通信アンテナが収容されている。その理由は、受電コイルや通信アンテナが鋼（導体）製のヘッド３の内部に収容されていたならば、導体の電磁シールド効果によって受電や通信の機能が低くなるおそれがあるからである。

しかし、ボルト１の輸送や締め付け作業の時、電子装置７のヘッド３から突出した部分が周囲の物体や構造物や工具などに衝突して損傷するおそれがある。そのため、作業員はボルト１の取り扱いを注意深くしなければならず、それが作業能率を落とす可能性がある。また、電子装置７の全部がヘッド３の凹部６内に完全に収容されていたとしても、ボルト１の輸送や締め付け作業の時、ボルト１に加わる可能性のある強い衝撃や振動によって、電子装置７が損傷するおそれもある。

この問題に対処するために、図１に示すように、電子装置７は、相互に結合及び分離可能な第１装置７１ と第２装置７２を有する。第１装置７１は、初期的に（つまり、ボルトの出荷時に既に）ボルト１に搭載されている。第１装置７１は、ヘッド３の凹部６の中に完全に収容される。

これに対し、第２装置７２は、初期的には（つまり、ボルトの出荷時には）ボルト１に未搭載であってよい（つまり、ボルト１から空間的に分離されていてよい）。後の任意の時に、第２装置７２をボルト１に搭載することができる。第２装置７２がボルト１に搭載されたときに、第２装置７２と第１装置７１が電気的に接続されて、電子装置７が完成する。

第２装置７２がボルト１に搭載された状態では、第２装置７２の一部（そこには、前述の受電コイルや通信アンテナが収容されている）がヘッド３の外へ突出する。しかし、輸送や締め付けなど、第２装置７２に危険な衝撃や振動が加わる作業の時には、ボルト１から第２装置７２を分離しておけば（ボルト１に第２装置７２を搭載しなければ）、第２装置７２が作業の妨げにならない。そのような作業が終わった後に、第２装置７２をボルト１に搭載すればいい。

図３は、上述した締結ボルト１のヘッド３と電子装置７の構造をより具体的に示す。

図４は、電子装置７の第２装置７２がヘッド３から分離されている（ヘッド３に未搭載である）時の状態を示す。

図３及び図４に示すように、電子装置７の第１装置７１は、例えば２つの抵抗歪みゲージ７１１、７１２を有し、それらはボルト１のヘッド３の凹部６の内面に貼りつけられている。歪みのセンシング感度を高くするために、抵抗歪みゲージ７１１、７１２が貼りつけられる凹部６の内面の箇所は、そこの歪みが軸力の変化によって比較的大きく変化する箇所であることが望ましい。図３及び図４に示すように、抵抗歪みゲージ７１１、７１２の場所は、凹部６の底近くの内側面であるが、それは一例にすぎず、その箇所に限られるわけではない。例えば、凹部６の内底面に、抵抗歪みゲージ７１１、７１２が貼りつけられていてもよい。ボルト１の軸力による凹部６の内面の歪みに応じて、抵抗歪みゲージ７１１、７１２の電気抵抗値が変化する。抵抗歪みゲージ７１１、７１２は、例えば４本の電線を介して、第２装置７２と接続するためのコネクタ７１３に接続される。コネクタ７１３は、支持部材７１４により、ボルト１の凹部６の底付近の所定位置に強固に固定される。コネクタ７１３は、第２装置７２のコネクタ７２７と接続及び切り離しが可能である。コネクタ７１３が第２装置７２のコネクタ７２７と接続することで、抵抗歪みゲージ７１１、７１２が、後述する第２装置７２内のしかるべき回路に電気的に接続される。

ボルト１を輸送や締め付け作業の時には、図４の下段に示すように、電子装置７のうちの第１装置７１だけがボルト１に搭載されていて、第２装置７２はボルト１に未搭載であってよい。それらの作業が終わった後に、第２装置７２をボルト１に搭載することができる。第２装置７２がボルト１に搭載されると、第１装置７１のコネクタ７１３が第２装置７２のコネクタ７２７と接続し、それにより、抵抗歪みゲージ７１１、７１２が、後述する第２装置７２内のしかるべき回路に電気的に接続される（電子装置７が完成する）。

第２装置７２は、図３に示すように第１装置７１と接続された状態で、第１装置７１の抵抗歪みゲージ７１１、７１２の電気抵抗値に基づいてボルト１の軸力の値を計算し、その値を示す軸力データを前述したモニタ装置１００へ送信する機能をもつ。

さらに、第２装置７２は、第２装置７２に固有の識別コードを記憶していて、その識別コードをモニタ装置１００へ送信する機能ももつ。またさらに、第２装置７２は、第２装置７２の位置を測定して、その位置を示す位置データをモニタ装置１００へ送信する機能を有していてよい。識別コードと位置データに関する上記２つの機能は、図３に示すように第２装置７２が第１装置７１と接続された状態だけでなく、図４に示すように第２装置７２が第１装置７１に未接続の状態であっても、働き得るようにすることができる。

図３及び図４に示すように、第２装置７２は、例えば、情報処理部７２２、電源部７２３及び歪みセンサ部７２４を有する。これらの部品７２２、７２３、７２４は、例えば、重層化されて樹脂製のケーシング７２１の中に収容される。

ケーシング７２１は、例えば円筒状で、その一部分（特に、歪みセンサ部７２４が収容した部分）は、ヘッド３の凹部６の第１装置７１より上の部分にぴったり嵌まり込む形状に設計されている。ケーシング７２１の残りの部分（特に、情報処理部７２２及び電源部７２３を収容した部分）はヘッド３の外側に突出する。

第２装置７２がボルト１のヘッド３に図３に示すように搭載されたとき、ケーシング７２１とヘッド６の凹部６の相互の接触面の間に、接着剤やOリングなどのシールを挟んで、凹部６と電子装置７内への水やガスの侵入、及び電子装置７の凹部６からの離脱を防止することができる。まだ、脱離防止のために、ケーシング７２１と凹部６との間の結合を、ネジ結合又はロッキング結合としてもよい。

情報処理部７２２は、軸力データ及び識別コードの生成又は記憶、並びにモニタ装置１００との通信を行うための回路ユニットである。通信情報処理部７２２は、モニタ装置１００の通信アンテナ１６０（図２）と信号を送受する通信アンテナを含んだ通信回路、例えば、RFID（Radio Frequency Identifier）タグ７２５を有する。また、情報処理部７２２は、軸力データ、識別コード及び／又は位置データの生成又は記憶、並びにRFID（Radio Frequency Identifier）タグ７２５との信号通信を行うマイクロプロセッサ７３１を有する。

電源部７２３は、電子装置７の駆動電力を生成するための回路ユニットである。電源部７２３は、モニタ装置１００の送電コイル１５０（図２）から交流電力を受け取る受電コイル７２６を有する。電源部７２３は、また、受電コイル１５０で受け取った交流電力を所定の直流電力に変換して、電子装置７の諸回路要素に供給する回路モジュールも有する。

歪みセンサ部７２４は、ヘッド３の凹部６の内面の歪みの大きさをセンスする回路ユニットである。歪みセンサ部７２４は、第１装置７１のコネクタ７１３と機械的及び電気的に接続するためのコネクタ７２７を有する。図３に示すように第２装置７２がヘッド３の凹部６に搭載された状態で、歪みセンサ部７２４は、コネクタ７２７、７１３を通じて、第１装置７１の抵抗歪みゲージ７１１、７１２と電気的に接続される。その状態で、歪みセンサ部７２４は、ヘッド３の凹部６の内面の歪みの大きさに応じた歪みデータを生成して、その歪みデータを情報処理部７２２に送ることができる。

図５は、電子装置７の回路構成の一例を示す。

電子装置７の第１装置７１の構成は既に説明したとおりである。

第２装置７２の情報処理部７２２は、前述したとおり、RFID タグ７２５及びマイクロプロセッサ７３１を有する。RFID タグ７２５は、モニタ装置１００と通信するための通信回路として機能する。マイクロプロセッサ７３１は、予めプログラムされた変換プログラムを有し、歪みセンサ部７２４から歪みデータを受け、その変換プログラムを実行することで、その歪みデータを軸力データに変換し、その軸力データをRFIDタグ７２５内のICメモリ（図示省略）に記録する。変換プログラムの内容は固定であっても、変更可能であってもよい。また、マイクロプロセッサ７３１は、第２装置７２に固有の識別コードを記憶しており、その識別コードをRFIDタグ７２５内のICメモリに記録する。識別コードは固定であっても、変更可能であってもよい。さらに、マイクロプロセッサ７３１は、生成された軸力データに基づいて、ボルト１の所定の力学的状態（例えば、軸力値が適正であるか否か、つまり、ボルト１が適正に締っているか、不適正に緩んでいるかの判断）を特定して、その力学的状態情報をRFIDタグ７２５内のICメモリに記録してもよい。RFIDタグ７２５は、そのICメモリに記憶された軸力データ、識別コード及び／又は力学的状態情報を、モニタ装置１００に送信する。

電源部７２３は、前述した受電コイル７２６に加えて、整流・平滑回路７３２及び電圧レギュレータ７３３を有する。受電コイル７２６から出力される交流電力は、整流・平滑回路７３２により直流電力に変換され、その直流電力が電圧レギュレータ７３３により一定電圧Vdの安定化直流電力に変換される。その安定化直流電力が、情報処理部７２２、電源部７２３及び歪みセンサ部７２４に供給される。

歪みセンサ部７２４は、前述したコネクタ７２７に加えて、複数（例えば２つ）の固定抵抗７３４、３３５、直流電圧変換回路７３６、及びセンシング信号変換回路７３７を有する。

固定抵抗７３４、３３５は、コネクタ７２７、７１３を介して第１装置７１の抵抗歪みゲージ７１１、７１２と電気的に接続されることで、抵抗歪みゲージ７１１、７１２の抵抗値変化に応じたセンシング電圧信号Va、Vbを生成するための抵抗ブリッジを形成する。直流電圧変換回路７３６は、電源部７２３からの電圧Vdを、前記抵抗ブリッジのための参照電圧Vr1、Vr2に変換して、その参照電圧Vr1、Vr2を前記抵抗ブリッジに印加する。センシング信号変換回路７３７は、前記抵抗ブリッジからのセンシング電圧信号Va、Vbを歪みデータに変換し、その歪みデータを情報処理部７２２のマイクロプロセッサ７３１に提供する。

上記の回路構成において、第２装置７２の識別コードをモニタ装置１００に送信する機能は、第２装置７２が第１装置７１に接続されている時だけでなく、第２装置７２が第１装置７１から分離されている時にも、正常に働くことができる。すなわち、第２装置７２が第１装置７１から分離されていても、モニタ装置１００から第２装置７２に電力が送られれば、電源部７２３はその電力を受けて情報処理部７２２に電力を供給し、情報処理部７２２は、マイクロプロセッサ７３１に記憶されている識別コードを、RFIDタグ７２５を通じてモニタ装置１００に送信する。

図１から図５を参照して説明した第１の実施の形態にかかるボルト１には、その取扱いにおいて次のような幾つかの利点がある。

まず、ボルト１の注意深い取り扱いの必要性に起因する作業能率の低下が抑えられる。なぜなら、ボルト１の輸送や締め付けの作業時、作業員は、電子装置７のデリケートな第２装置７２がまだ搭載されてないボルト１を扱うことができるからである。

第二に、構造物９の特定箇所に特定の識別コードをもつボルト１を取り付けなければならない場合、ボルト１の識別コードの確認の必要性に起因する作業能率の低下が抑えられる。なぜなら、作業員は、識別コードを意識せずに、任意のボルト１を手に取ってその箇所に取り付けることができるからである。その後に、作業員は、所望の識別コードをもつ第２装置７２を選んで、そのボルト１に取り付けることができる。したがって、ボルト１の締め付け作業時は、識別コードによるボルト１の選択が不要である。

第三に、構造物におけるボルト１の配置位置を把握することが容易になる。なぜなら、ボルト１の配置位置と、そのボルト１に搭載された第２装置７２の識別コードとを紐づけた情報ベースを用意しておけば、そのボルト１からモニタ装置１００で読み取った識別コードをその情報ベースに照らせば容易に、そのボルト１の位置が特定できるからである。

第四に、構造物９の老朽化や災害被害などに対処するメンテナンス計画に貢献できるであろう。すなわち、構造物９の異なる複数箇所に複数のボルト１が取り付けられていれば、上述した情報ベースを利用して、構造物９のぞれぞれの箇所の位置と軸力が特定できる。複数箇所の相互の位置関係と関連づけて複数個所の軸力を分析することで、構造物９における軸力の空間的な分布が明らかになる。この情報から、構造物１の力学的状態（例えば、構造物９の荷重分布の異常、構造物９の全体的又は部分的な歪み、変形又は劣化、あるいは、構造物９の異常な傾きなど）が推定できる。

図６は、第１の実施の形態にかかるボルト１の電子装置７の変形構成例を示す。

図６に示した構成例の、図５に示した構成例との違いは、第２装置７２の情報処理部７２２に、測位装置、例えば、GPS受信機７３８が追加されていることである。GPS受信機７３８は、電源部７２３かから供給される電力で動作する。GPS受信機７３８は、第２装置７２の位置を自動的にセンスして、位置情報をマイクロプロセッサ７３１に提供する。マイクロプロセッサ７３１は、その位置情報から位置データを生成して、その位置データをRFIDタグ７２５に記録する。RFIDタグ７２５は、軸力データ及び識別コードの他に、位置データもモニタ装置１００へ送信する。

第２装置７２がボルト１にまだ搭載されてなく第１装置７１に接続されてない状態でも、モニタ装置１００か第２装置７２に給電すれば、第２装置７２が動作して、GPS受信機７３８による位置データがモニタ装置１００に送信できるようにしてよい。

図６に示した構成の電子装置７を用いることにより、前述した情報ベースがなくても、構造物９に取り付けられたボルト１の位置を自動的に把握することできる。それにより、構造物９の老朽化や災害被害などに対処するメンテナンス計画に、より効果的に貢献できるであろう。

図７は、電子装置７の第２装置７２が搭載されてないヘッド３の変形構成例を示す。

図７に示すように、ヘッド３の凹部６の開口に遮蔽蓋８１が嵌めこまれている。遮蔽蓋８１は、凹部６の開口を塞いで、凹部６及び第１装置７１内への水や粉塵やその他の異物の侵入を防ぐ。作業員は手で遮蔽蓋８１からヘッド３から取り外した後に、第２装置７をヘッド３に搭載することができる。

図８は、電子装置７の第２装置７が搭載されてないヘッド３の別の変形構成例を示す。

図８に示すように、遮蔽フィルム８２がヘッド３の上面、凹部６の内周面及び第１装置７１の上面に貼りつけられている。遮蔽フィルム８２は凹部６の内周面及び第１装置７１の上面を全部覆っており、水や粉塵やその他の異物の凹部６の内周面への付着、及び第１装置７１へ侵入を防ぐ。作業員は、遮蔽フィルム８２を手でヘッド３から剥がした後に、第２装置７をヘッド３に搭載することができる。

凹部６の内周面と遮蔽フィルム８２との間に接着剤（又は、接着剤が入ったマイクロカプセル）８３が封入されていてもよい。遮蔽フィルム８２を剥がしても、接着剤８３は凹部６の内表面に残留する。第２装置７２をヘッド３に搭載したとき、接着剤８３が第２装置７２をヘッド３に固定するとともに、第２装置７２と凹部６との間の隙間をシールする。

図９は、本発明の第２の実施の形態に係るボルト１の構造と使用例を示す。

図９に示すように、電子装置７の第２装置７２の外部に、測位装置（例えば、GPS受信機）７３が設けられている。第２装置７２と測位装置７３は、空間的には相互に分離されているが、給電及び通信ケーブル７４を介して、電気的に相互に接続されている。第２装置７２と測位装置７３との間の電気的接続（とりわけ、通信接続）は、ワイヤレス接続であってもよい。

測位装置７３は、構造物９上のボルト１とは別の場所９３に取り付けることができる。例えば、測位装置７３がGPS受信機である場合、ボルト１がGPS受信に適さない場所に配置されているならば、測位装置７３はGPS受信に適した場所に配置することができる。ボルト１と測位装置７３の距離がある程度近ければ、測位装置７３からの位置データがボルト１の位置を示すとみなしても実用的な問題は生じないであろう。あるいは、ボルト１と測位装置７３との位置の違い分だけ、測位装置７３からの位置データを修正することもできる。

図１０は、本発明の第３の実施の形態に係るボルト１の構造と使用例を示す。

図１０に示すように、電子装置７の第２装置７２が、ボルト１の外部に設けられている。第２装置７２は、ボルト１から空間的に分離されているが、給電及び通信ケーブル７５とケーブル７５の先端のコネクタ７６を介して、ボルト１に搭載された第１装置７１に電気的に接続されている。コネクタ７６は、第１装置７１に接続することも、第１装置７１から取り外すこともできる。したがって、第２装置７２は、ボルト１に接続することも、ボルト１から切り離すこともできる。第１装置７１と第２装置７２の間の電気的な接続は、ワイヤレス接続であってもよい。

第２装置７２は、第１装置７１に接続されている時でも未接続の時でも、記憶している識別コード及び／又は測位機能により得た位置データを、モニタ装置１００のような外部装置へ送信することができる。

第２装置７２は、構造物９上のボルト１とは別の場所９３に取り付けることができる。例えば、ボルト１がモニタ装置１００の使用に適さない場所に配置されているならば、第２装置７２はモニタ装置１００の使用に適した場所に配置することができる。

第２装置７２が測位機能をもつ場合、ボルト１と第２装置７２の距離がある程度近ければ、第２装置７２が生成する位置データがボルト１の位置を示すとみなしても実用的な問題は生じないであろう。あるいは、ボルト１と第２装置７２との位置の違い分だけ、第２装置７２からの位置データを修正することもできる。

図１１は、本発明の第４の実施の形態に係るボルト１の構造と使用例を示す。

図１１に示すように、電子装置７の第２装置７２が、ボルト１の外部に設けられている。第２装置７２は、ボルト１から空間的に分離されているが、給電及び通信ケーブル７５とそのケーブル７５の先端のコネクタ７６を介して、第１装置７１に電気的に接続されている。コネクタ７６は、第１装置７１に接続することも、第１装置７１から取り外すこともできる。したがって、第２装置７２は、ボルト１に接続することも、ボルト１から切り離すこともできる。

さらに、第２装置７２の外部に、測位装置（例えば、GPS受信機）７３が設けられている。第２装置７２と測位装置７３は、空間的には相互に分離されているが、給電及び通信ケーブル７４を介して、電気的に相互に接続されている。第２装置７２と測位装置７３との間の電気的な接続（とりわけ、通信接続）は、ワイヤレス接続であってもよい。

第２装置７２は、第１装置７１に接続されている時でも未接続の時でも、記憶している識別コード及び／又は測位装置７３から得た位置データを、モニタ装置１００のような外部装置へ送信することができる。

第２装置７２と測位装置７３は、構造物９上のボルト１とはそれぞれ別の場所９３、９４に取り付けることができる。例えば、第２装置７２はモニタ装置１００の使用に適した場所に設置され、測位装置７３は測位に適した場所に設置することができる。

図１２は、本発明の第５の実施の形態に係るボルト１の構造と使用例を示す。

図１２に示すように、電子装置７の第２装置７２が、給電ケーブル７８を介して、外部電源装置（例えば、電池、発電装置、又は商用電源装置など）９１に電気的に接続され、また、通信ケーブル７９を介して、データ処理装置（例えば、コンピュータ）９３に電気的に接続されている。外部電源装置９１が電子装置７に駆動電力を供給する。データ処理装置９３が、電子装置７から軸力データ、識別コード、及び／又は位置データを受けて、それらのデータを処理して処理結果（例えば、構造物９の力学的状態を示すデータ）を出力する。

通信ケーブル７９に代えて、ワイヤレス通信ネットワーク（例えば、携帯電話ネットワーク、衛星通信ネットワーク、Wi-Fiネットワークなど）を用いて、電子装置７とデータ処理装置９３との間でワイヤレス通信を行うこともできる。

外部電源装置９１から第２装置７２への給電も、ワイヤレス給電にすることもできる。

図１３は、本発明の第６の実施の形態に係るボルト１のヘッド３と電子装置７を示す。

図１３に示すように、防護カバー８４がボルト１のヘッド３に搭載されている。防護カバー８４は、ヘッド３と、ヘッド３から露出した電子装置７を包囲し、それにより、電子装置７を外部からの衝撃、及び水や粉塵やガスなどの異物の侵入から防護する。

防護カバー８４は、ボルト１及び第２装置７２から分離された別部品であってもよいし、第２装置７２が具備している（例えば、第２装置のケーシングと一体化された部品、又は第２装置７２に前もって取り付けられた部品）であってもよい。後者の場合、第２装置７２と同時に防護カバー８４もボルト１に搭載できる。後者の場合、さらに、防護カバー８４は、さらに、ボルト１に搭載される前の第２装置７２の輸送やハンドリングの時、異物との衝突や落下の衝撃から第２装置７２を防護することができる。

以上説明した本発明の幾つかの実施の形態は、説明のための単なる例示であり、本発明の範囲をそれらの実施の形態のみに限定する趣旨ではない。本発明は、上記の実施の形態とは違うさまざまな形態で、実施することができる。

例えば、電子装置７の構成は図５又は図６に示した構成と異なるものとすることができる。例えば、第１装置７１に、歪みセンサ部７２４に含まれる要素の全部又は一部を組み込んでもいいし、他の部品７２２，７２３に含まれる要素の一部を組み込んでもいい。図５又は図６に示した３つの部品７２４、７２２，７２３の機能を、より少ない数又はより多い数の部品で実施してもよい。複数の要素を一つの要素に集積化してもよい。

また、電子装置７への給電と通信の方法は、それぞれ、発明の実施時点で利用可能な任意のワイヤ式、近接ワイヤレス式、及び／又は遠隔ワイヤレスの方法で実施することができる。測位の方法として、GPSだけでなく、発明の実施時点で利用可能な他の様々な方法が採用できる。

電子装置７の第２装置７２の識別コードは、必ずしも固定である必要はなく、外部装置から書き込み及び／又は書き換え可能であってもよい。また、第２装置７２が測位装置を有する場合、第２装置７２が識別コードをもたなくてもよい。

電子装置７の第１装置７１が、固有の特徴コードを有していてよい。第１装置７１の特徴コードは、第１装置７１の個性（例えば、歪みゲージ７１１、７１２の歪み−電気抵抗変換特性、つまり、歪みセンシングの特性）を識別又は特定するために利用できる。そして、歪みデータを軸力データに変換するための第２装置７２の変換プログラムを、第１装置７１の特徴コード（換言すれば、第１装置７１の個性）に応じてキャリブレート、プログラム又は選択できるようにしてよい。例えば、第２装置７２が、第１装置７１に接続された時、第１装置７１から特徴コードを読み、そして、第２装置７２が、そこに予めプログラムされた変換プログラムを、その特徴コードに応じて、キャリブレートとするように、第２装置７２を構成することができる。あるいは、例えば、第２装置７２が、第１装置７１の特徴コードを外部装置（例えば、モニタ装置１００）に通知し、そして、外部装置から第２装置７２に、その特徴コードに適した変換プログラムを送信して、第２装置７２にプログラムするようにすることもできる。あるいは、例えば、第１装置７１の特徴コードを利用して、異なる変換プログラムをもつ複数の第２装置７２の中から、その特徴コードに適した変換プログラムが予めプログラムされた一つの第２装置７２を選択するようにすることもできる。

本発明は、締結ボルト以外のさまざまな金属製又は非金属製の力学部材に適用することができる。例えば、構造物の躯体構造又は基礎を構成する柱材、梁材、線材、棒材、板材、ブロック材、吊材、固定材、補強材など、外力を支える機能をはたす多種多様な部材で、本発明は実施できる。

１ ボルト
２ シャンク
３ ヘッド
６ ヘッド３の凹部
７ 電子装置
９ 構造物
７１ 電子装置７の第１装置
７２ 電子装置の第２装置
７３ 測位装置
７４ 給電及び通信ケーブル
７５ 給電及び通信ケーブル
７６ コネクタ
７７ 給電及び通信ケーブル
７８ 給電ケーブル
８１ 保護蓋
８２ 保護フィルム
８３ 接着剤
８４ 防護カバー
９１ 外部電源装置
９３ データ処理装置
９２ 通信ケーブル
９３、９４ 構造物９のボルト１とは異なる場所
１００ モニタ装置
７２２ 情報処理部
７２３ 電源部
７２４ 歪みセンサ部
７２５ 通信装置（例えば、RFIDタグ）
７３１ マイクロプロセッサ
７３８ 測位装置（例えば、GPS受信機）

Claims (5)

1. 構造物で使用される力学部材において、
   前記力学部材は、ヘッドと、当該ヘッドから延びるシャンクと、電子装置とを備え、
   前記ヘッドの上面には、内底面と内側面を有する凹部が形成されており、
   前記電子装置は、前記シャンクに加わる軸力により、前記凹部の前記内側面に生じる歪みの大きさをセンスするために、前記凹部の前記内側面に貼り付けられた抵抗歪みゲージを有し、
   前記内底面は、前記シャンクの延びる方向に対して垂直であり、
   前記抵抗歪みゲージの貼り付けられた前記内底面近くの前記内側面は、前記シャンクの延びる方向に対して傾斜している、
   力学部材。
2. 構造物で使用される力学部材において、
   前記力学部材の力学的状態をセンスして外部へ送信するための電子装置を備え、
   前記電子装置が、第１部分と第２部分を有し、
   前記第１部分が、前記力学部材に搭載され、
   前記第２部分が、前記力学部材とは別の場所に取り付けられるように前記第１部分から空間的に分離され、かつ、前記第１部分とケーブルを介してまたはワイヤレスで電気的に接続され、
   前記第２部分が、測位装置を有する、
   力学部材。
3. 構造物で使用される力学部材において、
   前記力学部材の力学的状態をセンスして外部へ送信するための電子装置を備え、
   前記電子装置が、第１部分と第２部分を有し、
   前記第１部分が、前記力学部材に搭載され、
   前記第２部分が、前記力学部材とは別の場所に取り付けられるように前記第１部分から空間的に分離され、かつ、前記第１部分とケーブルを介してまたはワイヤレスで電気的に接続され、
   前記第２部分が、データを外部装置に送信するように形成された、
   力学部材。
4. 構造物で使用される力学部材において、
   前記力学部材の力学的状態をセンスして外部へ送信するための電子装置を備え、
   前記電子装置が、第１部分と第２部分を有し、
   前記第１部分が、前記力学部材に搭載され、
   前記第２部分が、前記力学部材とは別の場所に取り付けられるように前記第１部分から空間的に分離され、かつ、前記第１部分とケーブルを介してまたはワイヤレスで電気的に接続され、
   前記第２部分が、前記第１部分への給電装置を有する、
   力学部材。
5. 構造物で使用される力学部材において、
   前記力学部材は、ヘッドと、当該ヘッドから延びるシャンクと、電子装置とを備え、
   前記電子装置は、前記力学部材の前記ヘッドに搭載され、前記ヘッドから露出した部分を有し、
   前記力学部材は、前記ヘッドに搭載された防護カバーをさらに備え、
   前記防護カバーが、前記電子装置を外部からの衝撃や異物の侵入から防護するために、前記電子装置の前記ヘッドから露出した部分を包囲する、
   力学部材。

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